Selbst zentrierende Spannvorrichtung und Messvorrichtung für eine Schaufel

Abstract

 Eine selbst zentrierende Spannvorrichtung (2) für eine Schaufel (3)umfasst eine sich in vertikaler Richtung erstreckende Aufnahmeöffnung (6) zum Aufnehmen zumindest eines Teils eines Fußes (7) der Schaufel (3) und eine in einem unteren Bereich der Aufnahmeöffnung (6) angeordnete drehbare Rolle (9), welche einen Anschlag für den Fuß (7) der Schaufel (3) bildet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft im Allgemeinen eine selbst zentrierende Spannvorrichtung und eine Messvorrichtung für eine Schaufel. Insbesondere betrifft die Erfindung eine selbst zentrierende Spannvorrichtung und eine Messvorrichtung für eine Turbinen-, Triebwerks- oder Verdichterschaufel.

[0002] Bei der Messung von Momenten oder einer geometrischen Vermessung ist eine genaue Fixierung und Zentrierung der Messobjekte für eine genaue Messung wichtig. Die Messobjekte müssen schnell und sicher reproduzierbar positioniert werden können.

[0003] Üblicherweise werden Schaufeln, wie Turbinen-, Triebwerks- oder Verdichterschaufeln, in einem Nutklotz mit Verspannung durch einen Exzenter fixiert. Bei der Verspannung kann es zu Beschädigungen der Schaufel kommen.

[0004] Es ist Aufgabe der Erfindung, die Fixierung von Schaufeln zu verbessern.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 beziehungsweise 10 gelöst.

[0006] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst eine selbst zentrierende Spannvorrichtung für eine Schaufel eine sich in vertikaler Richtung erstreckende Aufnahmeöffnung zum Aufnehmen zumindest eines Teils eines Fußes der Schaufel und eine in einem unteren Bereich der Aufnahmeöffnung angeordnete drehbare Rolle, welche einen Anschlag für den Fuß der Schaufel bildet. Beim Einsetzen der Schaufel in die Aufnahmeöffnung wird die Schaufel durch die Schwerkraft auf die als Anschlag funktionierende Rolle bewegt und so automatisch zentriert. Eine sichere Positionierung ohne Verspannung ist so möglich. Wegen der Beweglichkeit der Rolle wird durch Reibung bedingter Verschleiß unterbunden. Eine Beschädigung der Schaufel wird ebenfalls vermieden.

[0007] Die Rolle kann insbesondere ein Wälzlager aufweisen. Mittels eines Wälzlagers zum Beispiel in Form eines Kugel-, Tonnen- oder Nadellagers wird die Reibung verringert und die Zuverlässigkeit sowie die Präzision erhöht. Aber auch Gleitlager kommen grundsätzlich als Lager für die Rolle in Betracht.

[0008] Eine Rotationsachse der Rolle kann einen Winkel bezüglich der Horizontalen aufweisen. Mit einer schräg gestellten Rolle kann die Zentrierung der Schaufel noch verbessert werden, da die Schaufel entlang der schräg gestellten Umfangsfläche der Rolle gewissermaßen in die Aufnahmeöffnung hineinrutschen kann.

[0009] Die Rolle kann derart angeordnet sein, dass ein Kontaktbereich der Rolle für den Fuß in einem Winkelbereich von größer 0° bis kleiner 90° liegt, wobei der Winkelbereich nach oben und in die Aufnahmeöffnung orientiert ist. Diese Anordnung der Rolle erlaubt ein Ansetzen der Schaufel in dem Quadranten der Rolle, der eine Abwärtsbewegung der Schaufel durch eine Drehung unterstützt. So gleitet die Schaufel reibungsarm in die Aufnahmeöffnung hinein.

[0010] Die Aufnahmeöffnung kann eine vertikal verlaufende Nut aufweisen und die Rolle kann gegenüber einer vertikal verlaufenden Nutöffnung angeordnet sein. Damit kann die Aufnahmeöffnung im Wesentlichen dem Aufbau einer Turbinen- oder Verdichterradscheibe nachempfunden sein, was die Positionierung der Schaufel erleichtert. Durch die Anordnung der Rolle wird die Schaufel in die Nut gepresst und dadurch sicher fixiert.

[0011] Oberhalb der Rolle und gegenüber der Nutöffnung kann eine Gleitrolle angeordnet sein. Die Gleitrolle ermöglicht ein reibungsloses Einführen und Entnehmen der Schaufel in die bzw. aus der Aufnahmeöffnung. Dabei können insbesondere auch mehrere Gleitrollen übereinander angeordnet sein. Dies verringert die Gefahr, dass sich die Schaufel verkantet und ermöglicht auch für größere Schaufeln eine einfache Handhabung der Schaufel in der Aufnahmeöffnung. Statt der Gelitrolle(n) kann auch eine Gleitfläche aus einem Material mit geringer Reibung vorhanden sin.

[0012] Zwei Rollen können vorgesehen sein. Die Verteilung des Gewichts der Schaufel auf zwei Rollen erlaubt eine noch zuverlässigere Spannvorrichtung. Die beiden Rollen können derart zueinander schräg gestellt sein, dass sich eine Art Trichter für die Schaufel ergibt.

[0013] Obwohl nicht notwendig, kann gegenüber der Nutöffnung ein Exzenter zum Festspannen des Fußes angeordnet sein. Zusätzlich kann ein Exzenter die Schaufel fixieren, falls zum Beispiel die Spannvorrichtung zusammen mit der eingelegten Schaufel für einen Arbeitsschritt bewegt werden muss.

[0014] Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst eine Messvorrichtung für eine Schaufel eine selbst zentrierende Spannvorrichtung wie zuvor beschrieben. Die Messvorrichtung weist ebenfalls die zuvor erwähnten Vorteile und Ausbildungen auf. Mit der Messvorrichtung kann die Schaufel zum Beispiel auf einer Momentenwaage oder einer Vermessungsvorrichtung sicher und reproduzierbar positioniert werden.

[0015] Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Messvorrichtung mit selbst zentrierender Spannvorrichtung gemäß der Erfindung.

Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Messvorrichtung und der selbst zentrierenden Spannvorrichtung in Seitenansicht gemäß der Erfindung.

Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung der Messvorrichtung und der selbst zentrierenden Spannvorrichtung in Draufsicht gemäß der Erfindung.

[0016] Die Zeichnungen dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und schränken diese nicht ein. Die Zeichnungen und die einzelnen Teile sind nicht notwendigerweise maßstäblich. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder ähnliche Teile.

[0017] Figur 1 zeigt eine Messvorrichtung 1 mit einer Spannvorrichtung 2 für ein Messobjekt wie zum Beispiel eine Turbinenschaufel oder eine Verdichterschaufel 3 (im folgenden "Schaufel" genannt). Die Spannvorrichtung 2 umfasst eine Basisplatte 4. Mittels der Basisplatte 4 wird die Messvorrichtung 1 an einer nicht dargestellten Momentenwaage oder einer Zwischenkonstruktion zur Vermessung der Schaufel 3 befestigt.

[0018] Auf der Basisplatte 4 ist eine Halterung 5 im Wesentlichen vertikal befestigt. In der Halterung 5 ist eine Aufnahmeöffnung 6 ausgebildet, in der ein Schaufelfuß 7 der Schaufel 3 befestigt ist. Die Halterung 5 und die Aufnahmeöffnung 6 können zum Beispiel als Nutklotz ausgebildet sein. In der Aufnahmeöffnung 6 sind mehrere Gleitrollen 8 angeordnet, welche das Einlegen der Schaufel 3 in die Spannvorrichtung 2 erleichtern. Mittels einer schräg gestellten Rolle 9 wird der Schaufelfuß 7 der Schaufel 3 in der Aufnahmeöffnung 6 sicher und reproduzierbar positioniert.

[0019] In Figur 2 ist eine Schnittdarstellung der Messvorrichtung 1 mit der als Anschlag dienenden Rolle 9 gezeigt. Drei Gleitrollen 8 sind vertikal übereinander in der Halterung 5 angeordnet. Ein Teil der Gleitrollen 8 ragt in die Aufnahmeöffnung 6 hinein und zwar an einem Basisbereich der nutförmigen Aufnahmeöffnung 6, das heißt gegenüber einer vertikal verlaufenden Nutöffnung. Damit unterstützen die Gleitrollen 8 das Einlegen und Entnehmen der Schaufel 3. Weitere Gleitrollen 8 können an den beiden seitlichen Bereichen der Aufnahmeöffnung 6 angeordnet sein. Es können auch zwei oder lediglich ein Gleitrollen 8 vorgesehen sein.

[0020] Im unteren Bereich der Aufnahmeöffnung 6 ist unterhalb der Gleitrollen 8 die Rolle 9 angeordnet, auf der ein Teil des Schaufelfußes 7 der Schaufel 3 aufliegt und die damit als beweglicher Anschlag dient.

[0021] Die Rolle 9 ist drehbar um eine Rotationsachse 10 gelagert. Die Rolle 9 kann zum Beispiel als Wälzlager ausgebildet sein mit einem inneren ortsfesten Innenring oder -kern, einer äußeren drehbaren Rolle und dazwischen angeordneten Wälzkörpern, wie zum Beispiel Rollen oder Kugeln.

[0022] Statt einer Rolle kann auch eine Walze, eine Kugel oder ein ähnlicher Körper, der ein Abrollen der Schaufel 3 erlaubt, als Anschlag für die Schaufel 3 verwendet werden. Da nicht die gesamte Umfangsfläche für die Funktion als Anschlag benötigt wird, kann auch ein Körper als Anschlag verwendet werden, der lediglich einen Teil der Umfangsfläche beispielsweise einer Rolle, Walze oder Kugel aufweist.

[0023] Bei den im Ausführungsbeispiel gezeigten Schaufelfüßen 7 verlaufen die Stirnflächen 12 nicht im rechten Winkel (90°) zu den Seitenflächen 13, sondern in einem Winkel, der zwischen 30° und 90° liegen kann. Die Rotationsachse 10 der Rolle 9 weist daher im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Winkel bezüglich der Horizontalen auf. Damit ist die Rotationsachse 10 der Rolle 9 nicht parallel zu den Rotationsachsen der Gleitrollen 8. Stattdessen ist die Rotationsachse 10 parallel zur Stirnfläche 12 des Schaufelfußes 7 ausgerichtet. Falls die Stirnflächen 12 im rechten Winkel (90°) zu den Seitenflächen 13 verlaufen, ist es vorteilhaft, wenn statt der einen Rolle 9 zwei Rollen vorhanden sind, deren Rotationsachsen insbesondere v-förmig zueinander verlaufen.

[0024] Die Rolle 9 ist bezüglich der Aufnahmeöffnung 6 derart angeordnet, dass ein Kontaktbereich 11 der Rolle 9 für den Schaufelfuß 7 in einem Winkelbereich von größer 0° bis kleiner 90°, insbesondere von 30° bis 60°, bspw. im Winkel von etwa 45°, auf der Umfangsfläche der Rolle 9 liegt (vgl. Figur 4). Dabei wird der Winkelbereich von der Horizontalen aus nach oben gemessen, so dass der Winkelbereich nach oben und zur Aufnahmeöffnung 6 hin orientiert ist. Damit ist sichergestellt, dass der Fuß 7 weder tangential, das heißt an einer virtuellen Schnittstelle einer Horizontalen mit der Außenfläche der Rolle 9, noch direkt radial, das heißt an einer virtuellen Schnittstelle einer Vertikalen mit der Außenfläche der Rolle 9, angreift. Die Horizontale und Vertikale verlaufen dabei durch den Mittelpunkt der Rolle 9.

[0025] Bei tangentialer Anlage besteht die Gefahr, dass der Schaufelfuß 7 sich an der Rolle 9 vorbei bewegen könnte, während die Rolleigenschaften der Rolle 9 bei direkt radialem senkrechtem Kontakt nicht zum Tragen kommen. Da der Schaufelfuß 7 in einem Bereich zwischen diesen beiden Endpunkten auftrifft, kann der Schaufelfuß 7 mit der Rolle 9 gewissermaßen automatisch aufgrund seiner Gewichtskraft in die Endposition einrollen.

[0026] Die Rolle 9 bzw. ein Teil der Rolle 9 kann elastisch verformbar sein, um eine Anpassung der Rolle 9 an den Schaufelfuß 7 zu ermöglichen. Die Breite der Rolle 9 kann nach den Gegebenheiten der Schaufel 3 dimensioniert werden, wobei die Rolle 9 eine Mindestbreite aufweisen sollte, welche die Druckbelastung für die Schaufel 3 und für die Rolle 9 in verträglichen Grenzen hält. Der Durchmesser der Rolle 9 und ihre Ausrichtung sollten derart bemessen sein, dass ein Auftreffen der Schaufel 3 im richtigen Umfangsbereich und ein anschließendes Abrollen möglich sind.

[0027] Alternativ können zwei Rollen vorgesehen sein, die dann vorteilhafterweise gegeneinander schräg gestellt sind und einen Trichter oder V-förmigen Anschlag bilden, in den der Schaufelfuß 7 hinein gleiten kann.

[0028] Gegenüber der vertikal verlaufenden Nutöffnung, das heißt im Bereich der Gleitrollen 8 kann ein optionaler Exzenter zum Festspannen des Schaufelfußes 7 angeordnet sein. Zum Beispiel kann das mittlere der drei Gleitrollen 8 durch einen Exzenter ersetzt werden, der die Schaufel 3 zusätzlich verspannen kann, beispielsweise für einen Transport.

[0029] In Figur 3 ist die Messvorrichtung 1 in einer Schnittdarstellung in Draufsicht gezeigt. Die Basisplatte 4 kann mittels Schrauben, Stiften, Bolzen oder ähnlichen Befestigungsmitteln an einer Momentenwaage befestigt werden. Die in der Halterung 5 ausgebildete Aufnahmeöffnung 6 ist in ihrer Kontur an den Schaufelfuß 7 der Schaufel 3 angepasst, um eine sichere Fixierung der Schaufel 3 zu garantieren. Insbesondere laufen Seitenbereiche der Aufnahmeöffnung 6 konisch zu, um an den Schaufelfuß 7 angepasst zu sein.

[0030] Die Aufnahmeöffnung 6 kann eine Nut enthalten oder wie eine Nut ausgebildet sein, insbesondere kann sie einer Schaufelbefestigungsnut nachempfunden sein, in welche die Schaufel 3 schließlich montiert wird. In einem rückwärtigen Teil oder Basisbereich der Aufnahmeöffnung 6, welcher gegenüber einer vertikal verlaufenden Nutöffnung angeordnet ist, sind die Gleitrollen 8 und die Rolle 9 angeordnet.

[0031] Die Messvorrichtung 1 wird verwendet, wie im Folgenden beschrieben ist: Zunächst wird die Messvorrichtung 1 auf einer Momentenwaage oder einem ähnlichen Messgerät befestigt. Anschließend wird der Schaufelfuß 7 der Schaufel 3 in die Aufnahmeöffnung 6 der Spannvorrichtung 2 eingeführt bis der Schaufelfuß 7 auf der Rolle 9 zur Anlage kommt. Dabei unterstützen die Gleitrollen 8 eine reibungslose Bewegung des Schaufelfußes 7 in der Aufnahmeöffnung 6. Mittels der Rolle 9 zentriert sich die Schaufel 3 selbst. Durch die Schwerkraft gleitet die Schaufel 3 durch die Aufnahmeöffnung 6 bis sie sich an der Rolle 9 fixiert.

[0032] Nach erfolgter Messung wird die Schaufel 3 aus der Aufnahmeöffnung 6 herausgezogen und dabei wieder von den Gleitrollen 8 unterstützt.

Ansprüche

1. Selbst zentrierende Spannvorrichtung für eine Schaufel (3), mit einer sich in vertikaler Richtung erstreckenden Aufnahmeöffnung (6) zum Aufnehmen zumindest eines Teils eines Fußes (7) der Schaufel (3) und einer in einem unteren Bereich der Aufnahmeöffnung (6) angeordneten drehbaren Rolle (9), welche einen Anschlag für den Fuß (7) der Schaufel (3) bildet.

2. Selbst zentrierende Spannvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Rolle (9) ein Wälzlager aufweist.

3. Selbst zentrierende Spannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
wobei eine Rotationsachse (10) der Rolle (9) einen Winkel bezüglich der Horizontalen aufweist.

4. Selbst zentrierende Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die Rolle (9) derart angeordnet ist, dass ein Kontaktbereich (11) der Rolle (9) für den Fuß (7) in einem Winkelbereich von größer 0° und kleiner 90° liegt, wobei der Winkelbereich nach oben und in die Aufnahmeöffnung (6) orientiert ist.

5. Selbst zentrierende Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei die Aufnahmeöffnung (6) eine vertikal verlaufende Nut aufweist und wobei die Rolle (9) gegenüber einer vertikal verlaufenden Nutöffnung angeordnet ist.

6. Selbst zentrierende Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei oberhalb der Rolle (9) und gegenüber der Nutöffnung eine Gleitrolle (8) angeordnet ist.

7. Selbst zentrierende Spannvorrichtung nach Anspruch 6, wobei mehrere Gleitrollen (8) übereinander angeordnet sind.

8. Selbst zentrierende Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei zwei Rollen (9) vorgesehen sind.

9. Selbst zentrierende Spannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei gegenüber der Nutöffnung ein Exzenter zum Festspannen des Fußes (7) angeordnet ist.

10. Messvorrichtung für eine Schaufel (3), aufweisend eine selbst zentrierende Spannvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

Zeichnung